JPS6126403A - 電気車用回生ブレーキ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、直流電気車の回生ブレーキ制御装置に係り、
特に複数の電動機を並列と直列に制御して回生ブレーキ
力を得るようにした制御装置に関する。

〔発明の背景〕

複数台の直流電動機を備え、直流をＨな行なう電気車に
おいては、従来から、いわゆる直並列制御方式が広く用
いられているが、近年、回生ブレーキの適用範囲を低速
度領域に広げるため、上記のような電気車においては回
生ブレーキの制御にも直並列制御力式が採用されるよう
になってきた。

第２図はこのような直並列制御方式による回生ブレーキ
制御装置の従来例で、１はパンタグラフ、２は電機子回
路しゃ断器の接点、３−１．３−２は主電動機の電機子
、４−１．４−２は主電動機の直巻界磁巻線、５−１．
５−２は並列接続用接触器の接点、６は他励界磁回路じ
ゃｈ器の接点、７−１．’ｌ−２は主電動機の分巻界磁
巻線、８はチョッパ装置、９はフリーホイールダイオー
ド、１０は直列接続用接触器の接点、１１は直並列切換
用抵抗器、１２は電機子電流検知用の直流変流器、１３
は他励界磁電流検知用の直流変流器、１４は他励界磁電
流Ｉｆの検知器、１５は検知器１４の接点、１６−１．
１６−２．１６−３は電機子電流検知器、１７−１．１
７−２．１７−３はそれぞれ検知器１６−１．１６−２
．１６−３の接点である。

次に、この従来例の動作について説明する。

電気車の速度Ｖが所定値以上の、例えは■１となってい
たときに回生ブレーキが運転台から指令されると、まず
、このときには第３曲（α）に示すような並列モードと
なる。そして、このときの回生ブレーキ力指令値が例え
ば、１０　ｏｊｃ９７Ｍ　Ｃ主Ｎ動機１台当りの回生ブ
レーキトルクが１００　ｋｇ−ｍであることを表わす）
であったとすると、第４図の回生ブレーキノツチ曲線の
うちのｌ　Ｏ０ｋｇ７Ｍの曲線の速度■１の点■から動
作な始め、この曲線１０　ｏｋｇ／Ｍに沿って分巻界磁
電流が最大値ＰＩｆ’ｍｘ　（Ｐは並列モードを表わす
）の特性を表わす曲線との交点■に達すると、図示して
ない検出機構がこれを検出し、第３図（（Ｌ）の並列モ
ードから“同図（ｄ）の直列モードへの切換動作を開始
させる。

このような主電動機の並列と直列の切換動作は「渡り」
と呼ばれ、この例では第３図（ｂ）の渡りモード１と（
Ｃ）の渡りモード２な経て行なわれるようになっており
、まず、最初は接点１０を閉じ、第３図（ｂ）のように
抵抗器１１が２台の主電動機の電機子３−１．３−２の
負端子と正端子間に接続されるようにする。次に接点５
−１．５−２を開き、これにより第３図（Ｃ）のように
２台の主電動機の電機子５−１．５−２が抵抗器１１を
介して直列に接続されるようにする。これで渡りを終り
、このあと図示してない接点により抵抗器１１を短絡し
てやれは第３図（ωに示すように直列モードとなり、こ
のとき、チョッパ装置８を制御して電流ＩｆをＰ工ｆ　
ＭＡＸから減少させ、並列モードでの特性面＠ＰＢＥか
ら直列モードでの特性面１１ＩＪｓＢＥに移行させ、直
列モードでの分巻界磁電流Ｓ　Ｉｆｗｈｘになるまでの
さらに低い速度Ｖでの回生ブレーキ力１００／ｉ／Ｍに
よる動作を続けることができるようにしており、この結
果、第４図の０点から曲線ＳＢＥに移行したあと０点に
到り、そのあと０点まで減速して主回路はＯＦＦされ、
回生ブレーキ力はゼロになる。

以上は回生ブレーキ力指令値が１００ｋｇ／Ｍの場合で
あるが、これ以外のときも同様で、例えば、２５０に９
７Ｍのときは第４図の０点がら［Ｆ］点、０点を経て０
点に到り、同じ＜　５００ｋＯ／Ｍなら０点から■点、
■点そして０点となる。なお、以上の説明から明らかな
ように、この第３図においては、第２図に示した接点２
．５−１．５−２．６゜１０のうち、閉じた接点だけを
描いてあり、開いた接点は除いである。

ところで、このようにして並列と直列にわたって回生ブ
レーキ制御を行なうようにした場合には、その「渡り」
に際して回生ブレーキ力に大きな変化を生じないように
する必要がある。

これを第２図の例について具体的にいえは、第３図（α
）の並列モードから同図（ｂ）の渡りモード１に移行さ
せたとき、この移行の前後における主電動機の電機子電
流Ｉ　Ａ、に変化を生じないようにする必要があるとい
うことであり、このためには、第３（２）（ｂ）の渡り
モード１において挿入される抵抗器１】の抵抗値ＲＢを
適当な値に選択し、この抵抗器１１に流れる電流Ｉ　Ｒ
，が電機子電流ＩＡＩに等しくなるようにしなければな
らない。なお、このような渡りに際しての抵抗器１１の
抵抗値の選択制御を「ノツチ選択制御」と呼ぶ。

このノツチ選択制御の方法としては、電機子電流検出力
式と回生ブレーキ力検出方式のいずれか一方を用いるの
が一般的であり、このため、第２図の例では電機子電流
検出方式が採用されている。

さて、第２図において、検知器１４は分巻界磁電流Ｉｆ
を検知し、この電流工ｆがＰ工ｆＭＡｘｃ！すると接点
１５を閉じる。つまり、第３図（ａ）の並列モードで回
生ブレーキを作動させ、第４図の０．０．０などのいず
れかの点から速度Ｖが低下し、てゆき、点■、［Ｆ］、
■などのいずれかに達すると接点１５が閉じることにな
る。

そうすると、この時点で検知器１６−１．１６−２．１
６−３が動作可能にされ、このときの電機子電流Ｉ　Ａ
１に応じて接点１７−１．１７−２゜１７−３のいずれ
かを閉じる。すなわち、いま、第４図で０点における電
流工Ａ、がｌ　００　（Ａ　）　。

［Ｆ］点では２５０（Ａ）、そして■では５ｏｏ（Ａ）
になっていたとすれば、これに合せて検知器１６−１は
電流ＩＡがｌ　００　（Ａ）を超えた所定値、例えば１
７５　（Ａ）で動作して接点１７−１を閉じ、検知器１
６−２は２５０（Ａ３以上の所定値、例えば３７５［：
Ａ］で接点１７−２を閉じ、そして検知器１６−３は５
ｏｏ（Ａ）以上の所定値、例えば７５０（Ａｌｌで接点
１７−３を閉じるように設定しておく。

一方、抵抗器１１に流れる電流Ｉ　Ｒ１の大きさは、第
３図（ｂ）から明らかなように、架線電圧Ｅ。とそれ自
身の抵抗値ＲＢによって決まり、ＩＲ３−ＥＯ／ＲＢと
なる。そこで、Ｅｏを例えばｌ　ｓ　ｏ　ｏ（ｖ）とし
、これにより接点１７−１．１７−２．１７−３が全て
開いているときの抵抗器１１の抵抗値ＲＢＩを１５００
／１００−１　ｓ　（Ω〕に、接点１７−１だけが閉じ
たときの抵抗値ＲＢ２を１５００／２５０−６（Ω〕に
、接点１７−２が閉じたときの抵抗値ＲＢ３を１５００
１５００−３（Ω〕に、そして接点１７−３が閉じたと
きの抵抗値ＲＢ４を１５００／１０００−１．５　（Ω
〕となるように設定しておく。

そこで、いま、回生ブレーキ力が１００ｋｇ／Ｍで動作
しており、従って第４図の０点から■に達してｆ１３［
ｍ（ｂ）の渡りモード１に入ったとすれば、このときに
は接点１７−１．１７−２．１７−３のいずれも開いた
ままとなり、このため抵抗器１１の抵抗値は１５〔Ω〕
に保たれ、これにより電流工Ｒ１はｚ　００　（Ａ）と
なるので、（ＩＡｔ　−、ＩＲｔ　）の条件が満足され
てスムースに渡りを終らせることができる。

次に、回生ブレーキ力が２５０ｋｇ／Ｍで動作に入った
とすると、このときには第４図の０点から［Ｆ］点に移
動したところで１３園（ｂ）の渡りモード１なるが、こ
のときの電機子電流工Ａ１は２５０（Ａ）なので検知器
１６−１だけが働き、接点１７−１だけが閉じることに
なり、このため抵抗器１１の抵抗値は６〔Ω〕となるの
で、（ＩＡ、−ＩＲ□−２５０〔Ａ〕）の条件が満足さ
れる。

以下、５００ｋｇ／）４でも１０００ｋｇ／Ｍでも同様
になる。

これを第４図で説明すれば、接点１７−１〜１７−３の
全部が開いているときの抵抗器１１による電流ＩＡＩの
特性はＢ１で表わされ、接点１７−１だけが閉じたとき
はＢ２で、同じく接点１７−２が閉じたときにはＢ３で
、そして接点１７−３が閉じたときにはＢ４でそれぞれ
表わされ、いずれの場合も特性曲線ＰＢＥとＰ工ｆＭＡ
ｘの点で一致するようになり、渡りモード１で抵抗器１
１が挿入されたときにその前とで電機子電流ＩＡＩが変
化する虞れはなく、スムースに渡すな終了させることが
できるのである。

ところで、架線電圧ＥＯは一般にかなり変動し、特に回
生ブレーキ動作中の電気車が存在し、かつ、これと同−
主電区間内に、この回生による電力を充分吸収するに足
る容態をもった負荷が存在しなかった場合に著しく、こ
のときには、大幅に架線電圧が上昇する。

このため、上記した従来例では、回生ブレーキの渡り時
に大きな回生ブレーキ力の変化を生じ、電気車に大きな
ショックを与えてしまうという欠点があった。

例えば、上記従来例において、回生ブレーキ力を２５０
ｋｇ／Ｈに設定して回生ブレーキ動作に入ったとする。

そうすると、このときには、例えば電機子電流ｌＡｌ−
２５ＯＣＡ’）で第３図（ｂ）に示す渡りモード１に移
行し、この結果、検知器１６−１だけが動作し、接点１
７−１が閉じて抵抗器１１の抵抗値は６〔Ω〕となる。

ところで、このときに架線電圧Ｅｏが１ｓｏｏ（ｙ）に
保たれてし）たとすれは、この抵抗器１１に流れる電流
Ｉ　Ｒ１は１５００／６−２５０　［Ａ）となり、　（
ＩＡｔ−ＩＲｔ　）の条件が得られるためスムースな減
速が得られ、別に問題は生じない。

しかして、上記したように回生ブレーキの結果架線電圧
が上昇し、例えばＥ。−１６５０（Ｖ：ｌとなっていた
とすると、第３図（ｂ）の渡りモードｌに移行したとき
に抵抗器１１に流れる電流Ｉ　Ｒ１の大きさは１６５０
／６−２７５（Ａ）となり、２５０（Ａ）の電機子電流
Ｉ　Ａ、に対して電流ＩＲ□−２７５（Ａ）となってΔ
Ｉ　Ａｓ　−２５−ｅ＃（Ａ　）　（Ｄ差’ｒ：生じ、
（Ｉ　Ａ＋　−Ｉ　Ｒｓ　）の条件が崩れて電気車に大
きなショックを与え、スムースな減速が得られなくなっ
てしまう。

これを第５図で説明すると、６〔Ω〕となっている抵抗
器１１による電流エム１の特性Ｂ２は、架線電圧Ｅ。−
１５００（４）のときに特性曲線ＰＢＥと最大分巻界磁
電流ＰＩｆＭムＸの点で一致するようにされているため
、電圧Ｅ、が１６５０　ＣＶ）では特性Ｂ２°となって
ΔＩ　Ａｌの差を生じてしまうのである。

従って、上記した従来例では、回生ブレーキによる電気
車減速時に大きなショックを生じ、スムーズな減速が得
られないという欠点があった〇なお、このような並列と
・直列の渡りを行なう方式の回生ブレーキ制御装置とし
ては、例えば特公昭５７−３２５６３号公報などに開示
が見られる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を除き、並置
切換時での回生ブレーキ力の急変を充分に少なくでき、
高速から低速まで充分スムースな回生ブレーキ力を得る
ことができる回生ブレーキ制御装置を提供するにある。

〔発明の概要〕

この目的を達成するため、本発明は、架線電圧を表わす
制御信号を作り、この制御信号によりノツチ選択に対す
る補正な掛けるようにした点を特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明による回生ブレーキ制御装置について、図
示の実施例により詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例で、図において、１８は直流
計器用変成器（ＤＣＰ’Ｉ’）１９は制限抵抗器、２０
は補正装置であり、その他の構成は第２図の従来例と同
じである。

ＤＯＰＴ１８は架線電圧Ｅ。を入力とし、それを表わす
制御信号Ｓを発生する働きをする。

制御抵抗器１９はＤ（３ＰＴ１８の一次電流を所定値以
下に制限する働きをする。

補正装ｆｆｆ２０は制御信号Ｓに応じて入力ｉｎと出力
ｏｕｔ間での伝達特性を変化させ、変流器１２で検出し
た電機子電流工ＡＩを表わす信号を架線電圧ＥＯによっ
て補正して検知器１６−１．１６−２゜１６−３に与え
る働きをするもので、このときの補正特性は例えば第６
図のようになっている。すなわち、この補正装置２０は
、制御信号Ｓが架線電圧Ｅ。−１５００（Ｖ）の定格値
を表わす大きさとなっているときには入力ｉｎと出力ｏ
ｕｔとが１対１となるような伝達特性を示すが、制御信
号Ｓがこれより大きくなると入力ｉｎに対して出力Ｏｕ
ｔが小さくなり、反対に制御信号Ｓが小さくなれば入力
ｉｎより出力Ｏｕｔが大きくなるような伝達特性を示す
。

次に、この実施例の動作について説明する。

回生ブレーキ動作に入り、第３図（ｃＬ）の並列モード
から同図（ｂ）の渡りモード１に移行したとき、上記し
たように電機子電流Ｉ　Ａ、Ｉによるノツチ選択が行な
われるが、このとき、架線電圧Ｅｏを表わす制御信号Ｓ
により補正装置２０が機能し、検知器１６−１〜１６−
３に印加される電機子電流信号がそのときの架線電圧Ｅ
。の実際の大きさによって補正される。

例えば、いま、架線電圧Ｅｏが定格値である１５００（
Ｖ）に保たれていたときには、そのままで抵抗器１１の
各ノツチ位置における特性Ｂ１〜Ｂ４が（工Ａｌ　−Ｉ
　Ｒｓ　）の条件を満たすものとなっているので、第６
図の特性のにより各検知器１６−１〜１６−３には電機
子電流信号がそのまま与えられ、第２図の従来例と同じ
ようにしてノツチ選択が行なわれる。

しかして、次に、回生電力を充分に吸収できる負荷が存
在しないなどの理由により、架線電圧Ｅ。

が例えば定格より１割アップの１６５０（Ｖ）になって
いたとする。

そうすると、このとき第２図の従来例では、抵抗器１１
に掛る電圧が１割アップしたことにより、そのままのノ
ツチ選択位置では電流Ｉ　Ｒ，も設計値から１割アップ
して（ｘＡｌ−工Ｒ１）の条件が崩れ、上記したように
回生ブレーキ力に急変を生じ、ショックが発生してしま
うのであるが、この−１図の実施例では、このときには
補正装置２０の特性が第６図の■になり、各検知器１６
−１〜１６−３に供給される電機子電流信号の大きさが
１架線電圧Ｅ。の１割アップに応じて１割ダウンし、ノ
ツチ選択の補正が行なわれることになり、（ＩＡｌ−工
Ｒ，）条件の崩れが抑えられ、ショックの発生をなくす
ことができるのである。

ところで、この第１図の実施例では、補正装置２０に対
する制御信号ＳをＤＯＰＴｌｇを用いて直接架線電圧か
ら検出しているが、これに代えて、制御信号Ｓを回生ブ
レーキ力指令値と実際に得られている回生ブレーキ力と
の偏差に応じて得るようにしてもよい。これは次の理由
による。すなわち、架線電圧Ｅ。が定格値より高くなる
のは、回生ブレーキによって発生した回生電力を充分に
吸収する負荷がない場合、つまり、指令した回生ブレー
キ力が実際には得られていない場合である。

つまり、回生ブレーキ力の指令値と実際に得られている
値とが一致しているときには架線電圧Ｅ。

は定格値に保たれるが、実際に得られている回生ブレー
キ力が指令値より少くなるにつれて架線電圧Ｅ。は定格
値から上昇してゆく筈だからであり、従って、回生ブレ
ーキ力指令値と実際に得られている回生ブレーキ力との
偏差は架線電圧Ｅｏの定格値からの上昇割合をほぼ反映
゛するものであると考えられ、これから制御信号Ｓを得
るようにしても本発明の目的を充分に達成することがで
きるのである。

この本発明のような回生ブレーキ制御装置を備えた電気
車においては、その主電動機の電機子電流と界磁電流な
どから回生ブレーキ力を検出する手段を有しているのが
一般的であり、従って、この実施例のように回生ブレー
キ力指令値と実際に得られている回生ブレーキ力との偏
差により制御信号Ｓを得るようにすれば、ＤｃＰＴ１８
など特にそのための機器を必要としないから、コストア
ップを少くできるという効果がある。

なお、以上の実施例では、説明を簡単にするため、タッ
プ選択の数が４段と少ないが、この段数を多くすればす
る程、スムースな回生ブレーキ制御が得られるのはいう
までもない。

〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明によれば、回生ブレーキを
働かせたことなどにより架線電圧が変化していた場合で
も、それに応じてタップ選択が自動的に補正されるため
、従来技術の欠点を除き、回生ブレーキ時でのショック
を充分に少くでき。

スムースな回生ブレーキによる電気車の減速を行なわせ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による回生ブレーキ制御装置の一実施例
を示す制御ブロック図、第２図は回生ブレーキ制御装置
の従来例を示す制御ブロック図、第３図（ｃＬ）〜（イ
）は並列と直列の切換モードの説明奥、第４図は回生ブ
レーキのノツチ曲線図、第５図は回生ブｖ−キカに変化
を生じるときのノツチ曲線図、第６図は補正装置の一実
施例を示す特性図である。 １・・・・・・バンクグラフ、２・・・・・・しゃ断器
の接点、３−１．３−２・・・・・・主電動機の電機子
、４−１゜４−２・・・・・・主電動機の直巻界磁巻線
、５−１．５−２・・・・・・接触器の接点、７−１．
７−２・・・・・・主電動機の分巻界磁巻線、８・・・
・・・チョッパ装置、１０・・・・・・直列接続用接触
器の接点、１１・・・・・・直並列切換用抵抗器、１２
．１３・・・・・・直流変流器、１４・・・・・・界磁
電流の検知器、１５・・・・・・検知器１４の接点、１
６−１．１６−２．１６−３・・・・・・電機子電流の
検知器、１７−１．１７−２．１７−３・・・・・・検
知器１６〜１．１６７２．１６−３の接点、１８・・・
・・・架線電圧検出用の直流計器用変成器、１９・・・
・・・制限用抵抗器、２０・・・・・・補正装置。 第１ＩＩＪ 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数台の走行駆動用直流電動機を備え、回生ブレー
   キ動作を上記電動機の並列接続状態から直列接続状態に
   わたって連続的に行なわせるようにし、このときの接続
   状態の切換えに際して電動機の電機子回路に挿入すべき
   抵抗器の抵抗値を、並列接続状態での上記電動機の電機
   子電流の大きさによって選択するようにした電気車の制
   御装置において、電気車の架線電圧に応じた制御信号を
   発生する手段を設け、上記電機子電流の大きさによる抵
   抗値の選択動作を上記制御信号によって補正するように
   構成したことを特徴とする回生ブレーキ制御装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、上記制御信号を発
   生する手段が、回生ブレーキ力に対する制御指令値と実
   回生ブレーキ力の検出値との偏差によって架線電圧を推
   定するように構成されていることを特徴とする回生ブレ
   ーキ制御装置。